العثور على مفتاح لغز الجينات سريعة التطور في “الحمض النووي غير المرغوب فيه”

مع التقدم السريع في التكنولوجيا أصبح لحصول على أجوبة لأسئلة كانت تحير العلماء أمراً أسهل نسبياً. أحد أكثر الأسئلة تحييراً للعلماء كان سؤال: كيف للجينات الجديدة – تلك التي يبدو أنها تنشأ من العدم – يمكنها أن تتولى بسرعة الوظائف الأساسية لبقاء الكائن الحي. نتناول في هذا المقال، العثور على مفتاح لغز الجينات سريعة التطور في الحمض النووي غير المرغوب فيه.

دراسة جديدة أجريت على ذباب الفاكهة قد تحمل الحل لهذا اللغز. يُظهر أن بعض الجينات الجديدة تصبح مهمة بسرعة لأنها تنظم نوعًا من الحمض النووي يسمى heterochromatin.

في السابق كان الهيتروكروماتين في الحمض النووي يعتبر”غير مرغوب فيه” ، لكنه الآن يعتبر مهماً للقيام بالعديد من الوظائف المهمة، بما في ذلك التصرف كسجن يخضع لحراسة مشددة: فهو يحبس الجينات “السيئ” ، ويمنعها من الانقلاب وإحداث الضرر.

الجينات سريعة التطور

الهيتروكروماتين هو أيضًا أحد أسرع أجزاء الحمض النووي تغيراً في الجسم، وهو أيضاً يسمى بالكروماتين المغاير. بسبب سرعة تغيره؛ يجب على الجينات التي تنظمه أن تتكيف بسرعة لمواكبة ذلك. هذا ما وثقه عالم الأحياء التطوري هارميت مالك في أبحاثه المتعلقة بالسرطان.

لقد وثق العلماء العديد من حالات الجينات التي يبدو أنها تنشأ من الصفر وتعطي الكائن الحي قدرات جديدة. على سبيل المثال، ينتج أحد هذه الجينات في الأسماك بروتينًا جديدًا مضادًا للتجمد.

منذ حوالي عقد من الزمان، اكتشف الباحثون أن الجينات الجديدة لا تمنح وظائف جديدة فحسب؛ فقد يكون بعضها ضروريًا للبقاء على قيد الحياة. في ذبابة الفاكهة، ما يصل إلى 30% من الجينات الأساسية تعتبر جديدة. بعضهذه الجينات ظهر مؤخرًا قبل 3 ملايين سنة. قلب هذا الاكتشاف الاعتقاد السائد بأن الجينات الأساسية لا تتغير على مدار حياة الكائن.

قام فريق د.مالك بدراسة عائلة كبيرة من الجينات في ذبابة الفاكهة والتي تنظم الجينات الأخرى – مما يؤدي إلى تشغيلها وإيقافها للقيام بمهام مختلفة في الخلية. ووجدت أنه ضمن عائلة مكونة من 70 جينًا، كانت الجينات التي تتطور بسرعة أكبر تتحكم في الوظائف الأساسية للذبابة. في الواقع، 67٪ من الجينات سريعة التطور كانت ضرورية مقارنة بـ 20٪ في المجموعة الأبطأ تطورًا.

“العقيدة مناقضة تمامًا لما تتوقعه”. بحسب د. مالك

تفاصيل البحث

وجد الفريق أن أحد الجينات الأساسية الجديدة، الملقب بـ Nicknack، يصدر تعليمات بشأن بروتين يرتبط بـالهيتروكروماتين، على الرغم من أن التفاصيل لا تزال غير معروفة. لمعرفة مدى السرعة التي يمكن أن يتولى بها (نكناك) وظيفة أساسية ، استبدل الباحثون جين (نكناك)في ذبابة من فصيلة D. melanogaster بجين (نكناك) في أقرب أقربائه، ذبابة D. simulans.

انقسم نوعا الذباب إلى فرعين من شجرة ذبابة الفاكهة منذ حوالي 2.5 مليون سنة. يتوقع العلماء عادةً أن يكون جين (نكناك) الخاص بـ S. simulans هو نفسه الموجود في D. melanogaster ، لأنه ضروري، وبالتالي لم يكن ليتغير كثيرًا خلال فترة قصيرة (من الناحية التطورية) لبضعة ملايين من السنين .

لقد اختبروا هذه النظرية عن طريق تبديل الجين من D. simulans إلى ذبابة D. melanogaster ، وتوقعوا أنه إذا كانت الجينات هي نفسها، فلن يكون للتبديل أي تأثير. لكن بدلاً من ذلك، نجت الملفات الأنثوية من التبادل ، لكن جميع الذكور ماتوا. يعتقد مالك أن الاختلاف بين الجنسين له علاقة بالكروماتين المغاير: يحتوي كروموسوم Y على الكثير منه.

مقدمة لبحوث أخرى

يبدو الأمر كما لو أن [جين (نكناك)] من D. simulans يأتي ويده مقيدة خلف ظهره”. “إنه جيد بما يكفي لأداء وظيفته في إناث الذباب. ولكن في ذكور الذباب، حيث توجد كتلة ضخمة من الهيتروكروماتين، لا يمكنها ذلك.” وبعبارة أخرى، فإن الجين من أحد الأنواع لا يضاهي نظيره في النوع الآخر.

تشير النتيجة إلى أنه في 2.5 مليون سنة منذ انقسام النوعين، طور D. melanogaster نسخته الخاصة من (نكناك). ولأن التبادل أثر سلباً على الذكور، مع وفرة من الهيتروكروماتين في كروموسوم Y، خلص الباحثون إلى أن (نكناك) يجب أن يلعب دورًا مهمًا في تنظيم الكروماتين المغاير. وبما أن الهيتروكروماتين يتطور بسرعة كبيرة، يجب أن يتطور جين (نكناك) بسرعة أيضًا، حتى لا يصبح بلا فائدة.

بعد ذلك، يأمل مالك في إجراء المزيد من الدراسات لفهم الوظيفة الدقيقة لـلجين. قد يساعد ذلك في إلقاء الضوء على دور الكروماتين المغاير في تشكيل السرعة ومسار التطور. يقول إن العلماء ما زالوا في بداية فهم الطرق العديدة التي يمكن أن يكون بها هذا “الحمض النووي غير المرغوب فيه” أي شيء لكن ليس خردة.